材料学院翟天佑周兴团队在离子型非易失光伏器件领域取得新进展

发布时间: 2024-07-30 09:58:45 浏览次数 : 543 来源:华中科技大学

新闻网讯(通讯员周兴)7月23日，《先进材料》(Advanced Materials)期刊在线刊发了材料学院翟天佑教授和周兴教授团队的最新研究成果“在范德华材料中的非易失性离子光伏效应”(Ionic Photovoltaics-in-Memory in van der Waals Material)。材料学院李东燕和李泽鑫、南京理工大学潘晨副教授为论文共同第一作者，材料学院周兴教授和翟天佑教授、南京大学繆峰教授和梁世军副教授为论文的共同通讯作者，材料科学与工程学院、材料成形与模具技术全国重点实验室为第一完成单位。

光伏效应是一种无需外部电源即可将光直接转换为电的现象，已成为光电子学领域广泛研究的主题。光伏效应主要分为两类：结光伏效应(JPVE)和体光伏效应(BPVE)。JPVE由p-n结或肖特基结的内建电场产生，导致光激发载流子的分离。根据详细平衡原理，其受限于肖克利-奎瑟(S-Q)极限和严格的能带对准要求。另一方面，BPVE是一种二阶非线性光学效应，在具有破缺反演对称性的材料(包括铁电材料、外尔半金属、氧化物超晶格、范德华纳米材料和卤化物钙钛矿等)，有潜力提高太阳能转换效率。尽管在中心对称材料中观察到了自发光伏效应，这些效应是通过引入额外的手段(如应变梯度、掺杂和偏振光)来改变材料对称性而产生的，从而增加了器件构造的复杂性。此外，在简单架构中集成多功能光伏特性(如可重构性、非易失性等)具有实现高集成密度和低功耗的存储内同时感知和计算的巨大潜力，但对于已报道的光伏效应来说仍是一个巨大的挑战。因此，探索新的光伏效应不仅可以扩展光电效应的基础理论，还能为光电子器件的设计开辟新的可能性。

图为二维CdSb2Se3Br2实现非易失光电逻辑加密

这项研究在CdSb2Se3Br2中展示了一种新型的光伏效应，该效应不受能带对准或破缺反演对称性的限制。这种光伏效应表现出强烈的各向异性，沿CdBr2链观察到光伏电流，而在垂直于链的方向上则没有光伏电流。此外，器件在电脉冲下表现出非易失性光电流开关特性。实验测量和理论计算表明，观察到的光伏效应源于通过Br离子的迁移可逆调节内建电场。进一步地，利用各向异性离子光伏效应实现了带有电和光钥匙的安全电路。这种新型光伏机制为加密存内感知和计算提供了新的材料平台，扩展了光伏效应的应用潜力。

该研究得到了国家自然科学基金等项目资助。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202406984

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